iTOP-4412開發板實現基於linux下網絡通信-套接字 TCP 的 socket 編程

TCP 是一種面向連接的、可靠的、基於 IP 的傳輸層協議。通過 TCP 可以保證傳送的數據的正確性。
Linux 下網絡通信程序基本上都是採用 socket 的方式。socket 起源於 Unix，而 Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開 open->讀寫 read/write->關閉 close"模式來操作。Socket 就是該模式的一個實現，socket 即是一種特殊的文件，一些socket 函數就是對其進行的操作（讀/寫 IO、打開、關閉）。說白了 socket 是應用程序與 TCP/IP 協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。

現在看一下基於 TCP/IP 應用程序通信的流程，如下圖。

通過上圖可以看到 TCP/IP 通信是基於服務器/客戶端的模式來實現的，首先是服務器（server）端調用 socket 函數創建一個套接字，然後調用 bind 綁定函數，綁定函數主要是設置通信時使用哪種地址族（IPv4，IPv6等），使用的端口號。然後調用 listen 函數來監聽客戶端的連接請求。

在客戶端（client），首先調用 socket 函數創建一個套接字，然後調用connect 函數連接服務器，這時服務器端的 listen 函數監聽到客戶端的連接請求就會調用accept 函數去接受請求，這樣連接就建立好了。之後雙方就可以調用read/write 函數收發數據了，在完成通信以後服務器（server）和客戶端（client）調用 close 函數關閉創建的套接字。

server.c（服務器端程序）

#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int sfp, nfp, num = 0;
	struct sockaddr_in s_add,c_add;
	int sin_size;
	unsigned short portnum=0x8888;

	char buffer[100] = {0};

	printf("Hello,welcome to my server !\r\n");
	
	/* 	創建 TCP 連接的套接字 	*/
	sfp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(-1 == sfp)
	{
		printf("socket fail ! \r\n");
		return -1;
	}

	printf("socket ok !\r\n");

	/* 	變量 s_add 清零		*/
	bzero(&s_add,sizeof(struct sockaddr_in));
	s_add.sin_family=AF_INET;
	s_add.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	s_add.sin_port=htons(portnum);
	
	/*	綁定 s_add 到套接字 sfp 上	*/
	if(-1 == bind(sfp,(struct sockaddr *)(&s_add), sizeof(struct sockaddr)))
	{
		printf("bind fail !\r\n");
		return -1;
	}

	printf("bind ok !\r\n");

	/*	監聽函數，靜聽客戶端的連接請求	*/
	if(-1 == listen(sfp,5))
	{
		printf("listen fail !\r\n");
		return -1;
	}

	printf("listen ok\r\n");

	sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

	/*	接受連接請求	*/
	nfp = accept(sfp, (struct sockaddr *)(&c_add), &sin_size);
	if(-1 == nfp)
	{
		printf("accept fail !\r\n");
		return -1;
	}

	printf("accept ok!\r\nServer start get connect from %#x : %#x\r\n", 
				ntohl(c_add.sin_addr.s_addr), ntohs(c_add.sin_port));
	while(1)
	{
		memset(buffer, 0, 100);
		sprintf(buffer, "hello,welcome to my server(%d) \r\n", num++);
		
		/*	發送函數	*/
		send(nfp, buffer, strlen(buffer), 0);
		usleep(500000);
	}
	
	/*	關閉 socket 連接	*/
	close(nfp);
	close(sfp);

	return 0;
}

程序首先是包含一些需要用到的頭文件，然後是 main 主函數，在 main 函數裏面首先是定義了一些變量，然後調用 socket 函數創建一個套接字，socket 函數的第二個參數是SOCK_STREAM，表示創建的是 TCP 連接。然後調用 bzero 函數把變量 s_add 清零，然後給s_add 結構裏面的變量賦值：

s_add.sin_family=AF_INET；						//使用 IPv4 協議
s_add.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);		//允許任何地址
s_add.sin_port=htons(portnum);					//設置端口號

然後調用 bind 綁定函數，使用的是 IPv4 協議族，然後調用 listen 監聽函數，監聽用戶的連接請求。在監聽到用戶的請求後調用 accept 函數接受請求，然後進入到循環發送的代碼，會循環發送“hello,welcome to my server”+發送次數號，最後會調用 close 關閉套接字。

client.c（客戶端程序）

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	int cfd;
	int recbyte;
	int sin_size;
	char buffer[1024] = {0};

	struct sockaddr_in s_add, c_add;
	unsigned short portnum = 0x8888;

	printf("Hello,welcome to client!\r\n");

	if(argc != 2)
	{
		printf("usage: echo ip\n");
		return -1;
	}

	/*	創建一個 TCP 連接的 socket	*/
	cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(-1 == cfd)
	{
		printf("socket fail ! \r\n");
		return -1;
	}

	printf("socket ok !\r\n");

	/*	變量 s_add 清零	*/
	bzero(&s_add,sizeof(struct sockaddr_in));
	s_add.sin_family=AF_INET;
	s_add.sin_addr.s_addr= inet_addr(argv[1]);
	s_add.sin_port=htons(portnum);
	printf("s_addr = %#x ,port : %#x\r\n",s_add.sin_addr.s_addr,s_add.sin_port);

	/*	連接服務器函數	*/
	if(-1 == connect(cfd,(struct sockaddr *)(&s_add), sizeof(struct sockaddr)))
	{
		printf("connect fail !\r\n");
		return -1;
	}

	printf("connect ok !\r\n");

	while(1)
	{
		/*	接收服務器發過來的數據	*/
		if(-1 == (recbyte = read(cfd, buffer, 1024)))
		{
				printf("read data fail !\r\n");
				return -1;
		}

		printf("read ok\r\nREC:\r\n");
		buffer[recbyte]='\0';
		printf("%s\r\n",buffer);
	}

	/*	關閉套接字	*/
	close(cfd);

	return 0;
}

首先是包含一些需要的頭文件，然後進入 main 主函數定義了一些變量，然後調用 socket函數創建套接字，然後調用 bzero 函數把變量 s_add 清零，然後給 s_add 結構裏面的變量賦值：

s_add.sin_family=AF_INET;						//使用 IPv4 協議
s_add.sin_addr.s_addr= inet_addr(argv[1]);		//設置要連接的 IP 地址(這裏是執行程序的時候傳遞進來的)
s_add.sin_port=htons(portnum);					//設置端口號

然後調用 connect 函數來連接服務器（server），在連接成功後，就進入了循環接收函數，使用 read 函數接收服務器發送的數據。最後會調用 close 函數關閉套接字。

服務器的搭建與實現

下面來編譯下這兩個程序，服務器（server）的程序運行在虛擬機 Ubuntu 上，所以使用下面的命令編譯：
gcc -o server server.c
這樣就生成了 server 可執行文件，客戶端（client）的程序運行在 iTOP-4412 開發板上，使用下面的命令編譯：
arm-none-linux-gnueabi-gcc -o client client.c -static

這樣就生成了 client 可執行程序，把 client 下載到 iTOP-4412 開發板上，現在開始運行這兩個程序。

首先在虛擬機 Ubuntu 上運行 serevr 程序，現在server 運行到了 listen 函數開始監聽客戶端的連接。下面在 iTOP-4412 開發板上運行 client 程序（因爲我把 client 下載到了/bin 目錄下，所以先進入到/bin 目錄）執行下面的命令：
./client 192.168.63.182
上面命令裏面的 192.168.63.182 是虛擬機 Ubuntu 的 IP 地址，看到程序連接成功，首先看一下虛擬機 Ubuntu 上的 server 打出的信息

Hello,welcome to my server!
socket ok !
bind ok !
listen ok !
accept ok !
Server start get connect form 0xc0a801e6 : 0xe171

可以看到 Ubuntu 中 server 打印出了客戶端的 ip 地址和端口號“Server start get connect from 0xc0a801e6 : 0xe171”。

iTOP-4412 開發板串口的打印信息:

Hello,welcome to client!
socket ok !
s_addr = 0x4d01a8c0 ,port : 0x8888
connect ok !

read ok
REC:
hello,welcome to my server(0)

read ok
REC:
hello,welcome to my server(1)

read ok
REC:
hello,welcome to my server(2)

客戶端成功連接到服務器打印“connect ok !”，然後串口會一直打印如下信息：

read ok
REC:
hello,welcome to my server(0)